北辰小学STEM项目——自制滴灌器

🌈 变的晴天

滴灌

滴管

学生

浇灌

测试

设计

制作

实验

浇水

反思

项目名称：自制滴灌器

主要学科：科学、数学、工程与技术

实施年级：三年级

参与人数：80人(三年级3个班)

课程时长：10课时(每课35min)

项目简述：

今年我们学校开设了“知行农场”的劳动课程，每个班都分得土地自主种植植物。在给植物浇水时发现普通的浇灌方式，土地容易板结，并且不能及时给植物浇水。同学们展开调研和资料的收集之后，确定了要利用生活中常见的废弃饮料瓶，自己动手制作一个简易的滴管器为植物浇水。学生在制作滴灌器的过程中，了解大气压强、重力的相关知识。知道合理利用自然规律和科学技术能改进生产方式，初步培养分析、比较、推理等思维方法。

　　项目设计

1.双线学习目标

学科素养线：

相关学科所涉及的主要知识点

科学（物理）：

了解大气压强的相关知识。

了解流量、流速的概念。

了解重力等相关知识。

数学：

会计算滴灌器的工作时间。

会计算滴灌器的流速。

认识容积。

技术:

掌握的量筒、铁架台等工具使用方法。

提高学生综合应用各方面的科学技术解决问题的能力。

掌握土壤湿度的鉴别方法。

跨学科学习素养线：

解决问题能力：

调查现有知行农场浇水遇到的难题，根据问题选择解决方案。

批判性思维：

基于实验数据、评价与质疑观点，及时对滴管器的设计进行调整修正。

团队协作与沟通能力：

能接受别人的批评意见，反思调整自己的探究，在进行多人合作时愿意沟通交流，同伴评议或者进行多人合作时愿意沟通交流，小组合作制作滴灌器。

创造创新能力：

能大胆质疑，从不同视角提出研究思路、采用新方法、利用新材料完成探究设计与制作，培养创新精神。

2.本质问题

如何利用科学技术改变人类的生产和生活？

3.驱动性问题

这学期我们学校开设了知行农场劳动课程，我们班分得到了一块土地可以在上面种植自己喜欢的植物，我们种了黄瓜、番茄、等作物。植物一天天的长大需要经常浇水，可是我们每天都有学习任务，有时没有办法及时浇水，可能会造成植物干枯。并且匆匆忙忙的大水漫灌土地容易板结浇灌效果不佳，我们如何解决这个问题呢？

4.成果展示与评价

项目实施

第一阶段：入项活动

该项目的入项：

负责“知行农场”浇灌的小组讲述自己遇到的困难，学生切身体会困难的急迫性，聚焦思考以下问题：

思考①：如何能解决浇灌遇到的难题？

思考②：浇灌的技术主要有哪些？

思考③：可不可以结合当先的浇灌技术设计一款浇灌设备？

思考④：如何制作浇灌设备？

　　学生收集整理当下主要的浇灌技术，初步提出构想结合滴管技术的优点设计一款节水滴灌器。

头脑风暴之后学生打算利用生活中常见的塑料瓶制作滴灌器，这样既方便可得也节能环保护。

第二阶段：调查研究，探究实践

学生遇到的学习问题:

制作的滴灌器工作一会之后明明瓶中还有剩余的水却不滴了？

学生们通过网络搜索到了一些关于大气压强和液体压强的相关知识信息，结合教师的讲解学生基本理解。

学生在滴灌器底部打一个小孔，解决问题之后发现滴灌器的流量和流速不受控制，基于此学生设计了滴管器的行业标准，同学们对影响滴管器性能的因素提出了不同的看法，滴管器小孔的大小，滴管器瓶内水的深度，滴管器瓶子的大小，并一直认为需要通过实验分析才能找到影响的因素。

第三阶段：设计优化，测试迭代

1.实验分析

学生遇到的问题：实验测试影响滴灌器性能的因素，如何排除其他因素的影响？

学生们利用实验测试影响滴灌器性能的因素，得到的数据杂乱没有规律，没办法找到滴灌器小孔的大小和瓶内水柱深度对流速和流量的影响。原来，因为在实验的时候没有注意需要控制变量，排除无关因素的影响。

学生再次设计改进测试实验，利用控制变量法研究小孔的大小和瓶内水深对流量和流速的影响。最终得到小孔越大滴管器的流量越大，瓶内水柱越深滴灌器的流量打、流速越快。

2.设计制作

经过实验探究之后，学生们都知道了影响滴管器性能的主要因素。于是他们依据实验结论在第一代滴管器的基础上优化设计。

3.测试优化

不比一比怎么知道谁做的好不好？滴灌器性能测试是学生最期待的环节。在实际测试中学生会相互借鉴学习，反思自己的设计。为此，教师策划了一场“我是小小农场主”的活动，以测试实验测试和性能指标为依据，比一比那个小组的滴管器的性能更加优良。

现场测试

4.迭代设计

针对实验测试中出现的问题，学生们又重新绘制图纸，改进设计。对小组的滴灌器进行迭代设计。这个过程中锻炼了学生的“设计-制作-测评-反思”学生也对核心知识和概念的运用更加熟练。

第四步:成果展示，反思评价

1.成果展示

通过“产品推介会”的形式，学生展示自己制作滴灌器，利用视频等解说自己滴灌器的有点和制作方法。小组之间利用组间协商的标准标准，相互点评。

2.评价反思

STEM学习更加注重过程。学生进行同伴互评，相互学习感受小组“协作”在团队合作的重要性。

项目反思

“自制滴灌器”体现了工程设计“提出问题—设计方案—制作实践—反思改进”的基本流程，通过聚焦现实真实情景“知行农场”土地浇灌的问题，引导学生利用废旧塑料瓶、螺丝钉、塑料管等制作可调节滴灌器。在测试过程中进行数据的收集与分析，小组合作发现滴灌器的结构特点，提升滴灌器流量的稳定性，工作时间的长度。使自己的滴灌器通过不断改进的迭代更新，实现良好的滴灌效果。要注意培养学生的团结合作的意识，合理的进行小组分配，充分考虑每一个儿童的特点。引导学生在学习中体会成功的喜悦，激起学生无休止的追求意念和力量！